Doc, Ing, PhD, Katedra betónových konštrukcií a mostov, SvF STU Bratislava PROJSTAR PK,s.r.o., Bratislava

Transcript

1 Návrh a realizácia dodatočne predpätých doskových konštrukcií PS Chandoga,M. V tomto príspevku sú zhrnuté niektoré skúsenosti autora z oblasti navrhovania a realizácie dodatočne predpätých stropných dosiek s nesúdržnou predpínacou výstužou MONOSTRAND na Slovensku. Doc, Ing, PhD, Katedra betónových konštrukcií a mostov, SvF STU Bratislava PROJSTAR PK,s.r.o., Bratislava

2 Porovnanie nákladov na výstavbu betónového skeletu Celkové náklady na m 2 stropu Doplnkové zvislé konštrukcie na zabezpečenie horizontálnej tuhosti objektu. Zvislé konštrukcie stĺpy, steny. Stropy Poče t poschodí Literatúra: [1] Post tensioning in buildings. VSL reports series 4.1, Apríl 1992

3 Základné typy predpätia A - SÚDRŽNÉ B - NESÚDRŽNÉ C- VEDENÉ MIMO BETÓNOVÝ PRIEREZ VONKAJŠIE

4 Základné typy predpätia súdržné, (nesúdržné) injektáž cementové mlieko = inj. malta - súdržné mazivo, vosk - nesúdržné

5 Základné typy predpätia nesúdržné MONOSTRAND viacnásobná antikorózna ochrana, posuvateľnosť = napínateľnosť po zabetónovaní

6 Prečo predpätie s extrudovaným HDPE a antikoróznym mazivom? injektovaná rúrka kruhová injektovaná rúrka ovalná monostrand bez cementovej injektáže = predpínacie práce možno robiť aj v zimnom období

7 Zdvihové sily dodatočne predpätých káblov v poli hore = zdvih v podpere dole = reakcia Medziľahlé káble Podperové káble Prečo kompaktné kotvy? Kotva po celú životnosť konštrukcie drží predpínaciu silu lana PROJSTAR CH-1, CH-2

8 Zdvihové sily dodatočne predpätých káblov Injektáž cementom Prečo kompaktné kotvy? Kotva po celú životnosť konštrukcie drží predpínaciu silu lana PROJSTAR CH-1, CH-2

9 Nesúdržné predpätie (MONOSTRAND). Ide o technológiu prefabrikovanú. Laná, kanáliky, injektážne médium (mazivo), to je jeden výrobok, ktorý sa ukladá veľmi jednoducho ako štandardná výstuž. Montážne práce sú rýchlejšie a konštrukcie sú lacnejšie ako pri súdržnom predpätí, ak je rozhodujúca cena pracovnej sily. Tým, že odpadá injektáž, možno konštrukciu realizovať aj v zimnom období. Súdržné predpätie poskytuje betónovej konštrukcii resp. prvku vyššiu Súdržné predpätie poskytuje betónovej konštrukcii resp. prvku vyššiu hladinu medznej únosnosti. Pretože injektážna malta zabezpečuje dokonalé spojenie predpínacej jednotky s okolitým betónom, tá nie je závislá na spoľahlivosti koncového kotvenia. V prípade poškodenia kotvy resp. predpínacieho kábla sa predpätie z betónu nevytratí.

10 Zdvihové sily dodatočne predpätých káblov Účinky predpätia môžeme tiež považovať za zaťaženie, ktoré pri správnom geometrickom vedení zmenšuje ohybové namáhanie od gravitačných zaťažení a svojou tlakovou normálovou zložkou posúva hladinu momentu na medzi vzniku trhliny hore ( na doske sa zmenšujú oblasti prestúpene trhlinami). Aj po vzniku trhlín je tuhosť prierezov s trhlinami vyššia ako tuhosť klasického železobetónového prierezu. Práve tieto dva efekty predpätia môžeme využiť pre dosiahnutie potrebnej tuhosti doskovej konštrukcie Stále a náhodilé zaťaženie (g s + v) N H N Predpätie Zdvihové zaťaženie Tlak v priereze H σb = Ab Zostatok (g s + v) - u

11 Základné mechanické vlastnosti ocele N H

12 Základné mechanické vlastnosti ocele

13 Pôdorysné usporiadanie lán

14 Množstvo predpätia Pri návrhu množstva predpätia vychádzame z požiadaviek a návrhových kritérií, ktoré determinovali rozhodnutie použiť predpätie v nosnej konštrukcií. V prípade doskových konštrukcií sú to obyčajne: zabezpečenie ohybovej tuhosti prvkov, pri udržaní minimálnej štíhlosti (všetky typy doskových konštrukcií), redukcia ohybového namáhania najmä v nadpodperovej oblasti lokálne podopretých a spojitých doskových konštrukcií, redukcia šmykového namáhania v podperovej oblasti, lokálne podopretých dosiek.

15 Prečo predpäté dosky? Vo väčšine prípadov je rozhodujúcim kritériom návrhu hrúbky železobetónovej dosky limitná hodnota priehybov. Je to dôsledok redukcie ohybovej tuhosti v dôsledku vzniku trhlín a ďalších pretvorení od časovo závislých javov dotvarovania, príp. zmrašťovania betónu. Tuhosť preto neovplyvňuje len hrúbka prvku a deformačne vlastnosti betónu (modul pružnosti), ale aj veľkosť zaťaženia, ktoré samozrejme rastie s hrúbkou dosky. Pri väčších rozpätiach nad 9 m je ďalšie zväčšovanie hrúbky železobetónovej dosky len málo efektívna z hľadiska kontroly priehybu

16 Úspora mäkkej výstuže Ako vidieť na čiare únosnosti M-N, predpätie okrem redukcie ohybových účinkov vonkajšieho zaťaženia normálovou zložkou dvíha únosnosť prierezu. Čiara únosnosti M-N normalova sila [kn] γ p.m 1000 p 500 γ p.n p moment [kn.m] Vzhľadom na mieru pracnosti vyhotovovania dodatočne predpätých konštrukcií najväčšie úspory vznikajú pri racionalizácií vystužovania mäkkou betonárskou výstužou. Preto je vhodne už pri návrhu výstuže vytvoriť čo najjednoduchší systém vystužovania, ktorý umožní aj zhotovovanie prefabrikovanej (zváranej, resp. viazanej) výstuže.

17 Pretlačenie dosky v podpere Z hľadiska pretlačenia sa priaznivé účinky predpätia prejavujú dvomi spôsobmi. Tlakové normálové napätia σbd zvyšujú šmykovú únosnosť betónovej časti prierezu v pretlačení qbu. Inflexný bod α p h d /2 b 0 b h d /2 Modelová šikmá trhlina q p1 d q p2 d Q pd = γ p ( 2 n P sinα + 2n P sinα ) p ( x) t( x) p( x) p( y) t( y) p( y) d, max = ( Q ) d Q pd u cr q /

18 Typy káblov a ich efektívnosť PARABOLICKÝ - PODPEROVÉ POLYGONÁLNY - MEDZIPODPEROVÉ, PODPEROVÉ PRIAMY - MEDZIPODPEROVÉ

19 Podperové káble - možnosť zvýšenia ich množstva Umiestnenie predpätia v podperovom páse Spájanie lán do skupín Rozšírenie podperného pásu nízkou hlavicou resp. nízkym trámom Debnenie nízkej hlavice, trámu

20 Podperové káble - možnosť zvýšenia ich množstva

21 Príklady použitia predpätia v PS

22 Príklady použitia predpätia v PS

23 Príklady použitia predpätia v PS

24 Príklady použitia predpätia v PS

25 Typ doskovej konštrukcie L max L/h Doská nosná v jednom smere 12 m 48 Doska nosná vo dvoch smeroch na okrajoch podopretá prievlakmi 20 m 55 Doska lokálne podopretá 12 m 45 Doska lokálne podopretá s hlavicami min. rozmer 14 m 50 L/6 Kazetová doska 20 m 35 Odporúčané hrúbky DP dosiek

26 Prednosti a nedostatky dodatočne predpätých konštrukcií PS Dodatočné predpätie sa najširšie uplatňuje pri doskových konštrukciách ako sú stropné a základové dosky s vysokou hladinou zaťaženia a veľkými rozpätiami. Prednosť tejto technológie (oproti štandardnej železobetónovej konštrukcii) môže byť charakterizovaná nasledovne: Rýchlosť výstavby. Plné predpätie možno aplikovať už po dvoch až troch dňoch. Tým sa urýchľuje oddebnenie a zvyšuje sa jeho obrátkovosť. Tenšia doska. Predpätie nám umožňuje navrhovať dosky tenšie, ako aj bodovo podopreté v prípadoch, keď to železobetónový variant nedovoľuje. Toto sa prejaví jednak v priamej úspore ako aj v redukcii konštrukčnej výšky podlažia a tým aj celého objektu. Väčšie rozpätia. Predpätie dovoľuje navrhovať konštrukcie s väčšími rozpätiami. V niektorých prípadoch sa tým riešia priamo dispozičné požiadavky. Väčšie rozpätia, to je aj redukcia podperného systému (stĺpy, steny) a teda celkové odhmotnenie budovy. Obmedzenie dilatačných škár. Predpätie umožňuje podstatnú redukciu dilatačných škár, ktoré sú v niektorých prípadoch potrebné na zvládnutie účinkov zmrašťovania a hydratačných teplôt v betóne.

27 Základové dosky

28 Murované steny

29 Príklady použitia technológie MONOSTRAND Od roku 1992 bolo na Slovensku realizovaných viacero dodatočne predpätých konštrukcií s nesúdržnou výstužou Monostrand. Firma PROJSTAR PK s.r.o. sa podieľala projekčne a dodavateľsky pri nasledovných konštrukciách.: 1) Parkovacie dosky garáži DDR Petržalka 1992, ) Základové dosky a stropná doska parkoviska OS Gánok Pezinok ) Stropné dosky garáži G-601,603,605, Prievoz, Bratislava ) Stropná doska kolumbária a strešná doska RK kostola Dlhé diely, Bratislava ) Dodatočne predpäté dosky viacúrovňového parkoviska Nemocnice s poliklinikou v Petržalke, Bratislava ) Stropné dosky 1, 3, 4. podlažia a premosťujúci rošt nad 4. podlažím PFC Kaštielska, ) Stropné dosky budovy ČSOB na námestí SNP v Bratislave, ) Stropná doska EBF Machnáč, Bratislava ) Stropné dosky, dodávka predpínacieho materiálu a predpínacích prác, obytný dom Slavín, Bratislava ) Stropné dosky PFC Petržalka, (dodávka predpínacieho materiálu a predpínacích prác) 11) Stropné dosky PDF námestie Slobody, Bratislava ) _ Stropné dosky Autosalón Hyundai, Bratislava 2006 (dodávka predpínacieh materiálu a predpínacích prác)

30 Základová doska Strop nad parkoviskom

31

32 1. Príklad - Parkovacie dosky garáži DDR neskôr HDR Petržalka Ide o prvú realizáciu dodatočne predpätých stropných dosiek s použitím technológie MONOSTRAND na Slovensku. Pre uplatnenie tejto technológie boli v r vytvorené skoro ideálne podmienky.: - max. zaťaženie stropov 16kN/m 2 - rozpätie 7,2 x (3,7+3 x 8,6+4,9) m - obmedzenie konštrukčnej výšky vysokou hladinou podzemnej vody - zimné obdobie výstavby (injektáž problémová)

33 Dokončenie dosák D101, D102: 1999 Rozmery dosiek 25,5 x 35; 29,15 x 35 m Dokončenie dosky D103: 1992 Rozmery dosky : 43,5 x 35 m Hrúbka dosiek : 220 mm Základné údaje o objekte Stuženie trámom v podperovem pruhu v smere y hrúbky 300 mm Užitočné zaťaženie + vlastná tiaž: garáže DDR Petržalka (dnes PFC Petržalka) 16 kn / m 2 D103

34 Konštrukcia predpätia dosky D103 Laná MONOSTRAND Lp 15, MPa Smer y podperový pruh Smer y medzipodperový pruh Smer x podperový pruh Smer x medzipodperový pruh - 18 parabolických káblov - priame káble po 1200 mm - 8 parabolických káblov - priame káble po 1200 mm

35 1992- prvá DP stropná konštrukcia na Slovensku

36 Prvý projektový variant dosiek D101, D102 Nezmenená geometria konštrukcie Optimalizácia pomeru predpínacej a mäkkej výstuže: Smer y podperový pruh - 14 parabolických káblov Smer y medzipodperový pruh - priame káble po 1200 mm Smer x podperový a medzipodperový pruh - len priame káble po 1200 mm

37 Druhý projektový variant dosiek D101, D102 Koncepcia dosky s priečnym spádom doska konštantnej hrúbky 220 mm Zosilnenie podperového pruhu v smere y trámom s premennou výškou mm Výhody Úspora materiálu na spádovej vrstve Úspora času na realizáciu technologicky náročnej spádovej vrstvy Zníženie stáleho zaťaženia Výhodný statický tvar pre aplikáciu dodatočného predpätia bez súdržnosti

38 Konštrukcia predpätia Laná MONOSTRAND Lp 15, MPa Predpätia sústredené do stužujúceho trámu - veľká statická výška Smer x po celej šírke - priame káble po 1200 mm Smer y stužujúci trám - 10 polygonálnych káblov

39 Zvislá geometria lana MONSTRAND v priečnom smere

40 Porovnanie spotreby materiálov Návrh Mäkká výstuž v kg/m 2 Predpínacia výstuž v kg/m 2 Betón v m 3 /m 2 Poznámka 1. z roku ,7 6,7 0,234 konštantná doska 2. z roku 1999 a) 14,7 4,5 0,234 konštantná doska 3. z roku 1999 b) *16,0 2,7 0,254 spádovaná doska bez spádového betónu *Zvýšenie množstva mäkkej výstuže bolo zapríčinené zmenou technológie výstavby dosky a súvisiacich konštrukcií.

41 Postup realizácie

42 Realizácia Aktívne kotvenie, podkotevná výstuž Montáž polygonálnych káblov Pasívne kotvenie, podkotevná výstuž

43

44 III.ETAPA - pred betonážou 1999 Predpínanie káblov predpínacou súpravou PAUL TENSA SM 200 kn

45 Stužujúci trám Pohľad na parkovaciu plochu

46 2. Príklad - Viacúrovňové parkovisko Nemocnice s poliklinikou v Petržalke Ide o veľmi efektívne navrhnuté dodatočne predpäté, bodovo podopreté stropné dosky s minimalizáciou prácnosti na stavbe. - max. rozpätia 8,4 x 6,0 m - hrúbka dosky 220 mm - bodové podopretie, kruhový stĺp D=300 mm - realizácia najväčšej dosky D3 (59,6 x 37m) vloženie mäkkej a predpínacej výstuže 5 pracovných dní - racionalizácia vystuženia použitím jednosmerných sietí

47 Schéma usporiadania dosiek Podperové polygonálne káble Schéma vedenia káblov

48 Doska 60 x 30 m

49 Uloženie výstuže a lán 5 dní

50 3. Príklad - Dodatočne predpäté stropné dosky PFD Námestie slobody, Bratislava Objekt je toho času vo výstavbe. Z konštrukčného hľadiska ide o veľmi jednoduché dosky a rozsahom malú realizáciu technológie MONOSTRAND. - max. rozpätia 9,6 x 7,2 m - hrúbka dosky konštantná 250 mm - medziľahlé podopretie, stĺp 600 x 600 mm - aktívne kotvenie niektorých lán riešené v kapsách

51 Doska nad suterénom - schéma vedenia káblov Doska typického podlažia - schéma vedenia káblov

52

53 4. Príklad - Dodatočne predpäté trámové stropné dosky Autosalon Hyundai Bratislava 2006 Z konštrukčného hľadiska ide o veľmi jednoduché trámové stropné dosky. Trámy max rozpätia až 20 m sú predpäté max 12ks MONOSTRANDAMI - DP trámy a = 3 m, h = 500 mm, š = 600 mm, L= 20 m - doska konštantná 150 mm

54 Nesúdržné lano MONOSTRAND Trámové stropné dosky Hyundai - Bratislava

55 Príprava predkotvenie lán pred uložením na spodnú výstuž stropu Stropné dosky Hyundai - Bratislava

56 Príprava predkotvenie lán pred uložením na spodnú výstuž stropu Stropné dosky Hyundai - Bratislava

57 Schéma osadenia kotiev Projstar CH-2 v trámoch, Hyundai-Bratislava

58 Hyundai Bratislava - trámová stropná doska na rozpätie 20 m žb. doska h=150 mm, šírka 3 m; DP trám h=500 mm, š=600 mm Debnenie a príprava výstuže

59 Pohľad na čelo trámu stropnej dosky. Monostrandy pripravené na predpínanie. Hyundai- Bratislava

60 Napínanie lán Monostrand. Hyundai- Bratislava

61 PFC Kaštielská- predpätá roštová doska nad polyfunkčnými podlažiami

62 PFC Kaštielská- predpätá roštová doska nad polyfunkčnými podlažiami

63 Aké sú najväčšie výhody dodatočne predpätých dosiek - predpätie na rozdiel od mäkkej výstuže je aktívny prvok konštrukcie, ktorý svojimi zdvihovými účinkami priamo kompenzuje gravitačné zaťaženie. Naviac horizontálne zložky predpätia poskytujú betónovému prierezu potrebný tlak na pokrytie nepriaznivých ťahových namáhaní. - v porovnaní so železobetónovými ide o výraznú úsporu betónu a ocele, nakoľko do statického pôsobenia sa zapája celý betónový prierez a konštrukcia môže byť tenšia - menšie priehyby ako železobetónové dosky - veľmi dobrá odolnosť proti vzniku trhlín, redukcia šírky trhlín umožňuje lepšiu ochranu výstuže proti korózii - dobrá odolnosť proti eventuálnemu preťaženiu, predpätie má tendenciu uzavrieť trhliny po odľahčení konštrukcie - vysoká únavová životnosť konštrukcie, nakoľko zmeny napätia v predpínacej výstuži vyvolané zaťažením sú malé

64 Ďalšie výhody v porovnaní so železobetónovými doskami sú - použitím vysokopevnostnej predpínacej výstuže dochádza k celkovej úspore výstuže - zmenšenie celkového množstva výstuže umožňuje lepšiu betonáž prierezu a vyššiu kompaktnosť betónu -- veľké rozpätia pri relatívne tenkej doske, sekundárne sa to prejaví na materiálovej úspore celej nosnej konštrukcie, najmä pri návrhu zvislých nosných prvkoch ( stĺpov, stien ) a základoch - redukcia hrúbky stropnej konštrukcie. Pri viacpodlažných objektoch je možné pri danej výške objektu vybudovať viac podlaží. - možnosť vytvorenia bezbariérového podhľadu, ktorý umožňuje bezkonfliktné vedenie inžinierskych sieti, klimatizácie a pod.

65 Ďalšie výhody v porovnaní so železobetónovými doskami sú - možnosť vytvorenia bezbariérového podhľadu, ktorý umožňuje bezkonfliktné vedenie inžinierskych sieti, klimatizácie a pod. - dobré navrhnuté predpätie významne redukuje veľkosť šmykových síl v oblasti uloženia dosky nad vnútornými podperami ( steny, stĺpy ). Zvyčajne nie je potrebná výstuž na prepichnutie. - predpätie umožňuje navrhovať konštrukciu vodotesnú, vhodnú pre auto parkovacie dosky s priamym pojazdom a vystavené povetrnosti - značné urýchlenie výstavby objektu, vďaka jednoduchému ukladaniu mäkkej a predpínacej výstuže. Vneseniu predpätia po 3-5 dňoch od betonáže umožňuje okamžité oddebnenie stropných dosiek. - obmedzenie dilatačných škár, potrebných na zvládnutie účinkov zmrašťovania, hydratačných a klimatických teplôt v betóne

66 Sanácia nádrží ČOV- Trenčín, Petržalka, Nitra, Poprad, Humenné

67 Sanácia 150 m komína ENO - Nováky